Árið 1901 hóf Montessori á ný reglubundið nám, samhliða kennslu í læknadeild háskólans í Róm og varð prófessor í mannfræði á tímabilinu 1904-1908. Árið 1907 ákvað hún að fórna akademískum starfsframa sínum þegar hún þáði boð um að setja á laggirnar skóla (Casa dei bambini) fyrir ung börn í fátækrahverfinu San Lorenzo í Róm. Skólinn vakti fljótt heimsathygli fyrir afburðanámsárangur barnanna þar og fræðimenn flykktust til Rómar að berja undrið augum. Á heimssýningunni í San Fransisco 1915, þar sem hún sýndi aðferðir Casa dei bambini í „glerhússkennslustofu“ jókst aðdáun fólks á aðferðum hennar enn frekar.